[發明專利]處理多晶金剛石材料的方法

無效

• 申請號: 201280070378.8
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN104136641A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 漢弗萊·薩姆克羅·路基薩尼·希特赫比;安德魯·恩德洛武
• 申請（專利權）人: 第六元素研磨劑股份有限公司
• 主分類號: C22C26/00
• 分類號: C22C26/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術領域

本公開內容涉及一種處理多晶金剛石(PCD)材料的主體的方法并涉及用于所述處理的混合物。

背景技術

用于機加工的切割刀具刀片(insert)和其它工具可包含結合至硬質合金(cemented carbide)基層的一層多晶金剛石(PCD)。PCD是一種也被稱為超硬磨材料的超硬材料的例子，所述超硬材料具有基本上大于燒結碳化鎢的硬度值。

含有PCD的部件被廣泛用于各種工具中，這些工具用于進行切割、機加工、鉆孔或降解硬質或研磨性材料，如巖石、金屬、陶瓷、復合材料和含木材料。PCD含有基本上共生的金剛石顆粒，這些金剛石顆粒體形成骨架體，其限定這些金剛石顆粒之間的間隙。PCD材料含有至少大約80體積％的金剛石，并且可通過在也被稱為金剛石的催化劑材料的燒結助劑存在的情況下，使金剛石顆粒的聚集體經受高于大約5Gpa，典型地為大約5.5Gpa的超高壓力和至少大約1200℃，典型地為大約1440℃的溫度而制備PCD材料。金剛石的催化劑材料可理解為是在金剛石比石墨更加熱力學穩定的壓力和溫度條件下能促進金剛石顆粒的直接共生的材料。

金剛石的催化劑材料的實例為鈷、鐵、鎳和包括任何一個這些元素的合金的某些合金。PCD可以形成在燒結鈷碳化鎢基層上，該基層可提供用于該PCD的鈷催化劑材料的源。在燒結該PCD材料的主體期間，該硬質合金基層的成分，例如來自燒結鈷碳化鎢基層的鈷，液化并從靠近該金剛石微粒體積的區域流動到這些金剛石微粒之間的間隙區域中。在這個例子中，鈷用作催化劑，以有助于結合的金剛石顆粒的形成。可選地，可以在將金剛石微粒和基層進行HPHT處理之前將金屬溶劑催化劑與金剛石微粒混合。PCD材料內的間隙可以至少部分地填充有催化劑材料。因此共生金剛石結構包括原始金剛石顆粒以及新析出的或重新生長的金剛石相，其橋接這些原始顆粒。在最終的燒結結構中，催化劑/溶劑材料一般依然留在存在于該燒結金剛石顆粒之間的至少一些間隙內。

該燒結PCD在用于侵蝕性磨損、切割和鉆孔應用中具有足夠的耐磨性和硬度。

然而，這類PCD燒結坯塊(compact)所遇到的公知的問題是：在微結構間隙中殘留的溶劑/催化劑材料對該燒結坯塊在高溫下的性能具有有害的影響，因為相信，在金剛石薄片(table)中溶劑/催化劑的存在降低了在這些升高溫度下該金剛石薄片的熱穩定性。例如，在金剛石顆粒和溶劑/催化劑之間的熱膨脹系數的不同被認為導致了在鉆孔或切割作業期間切割元件的該PCD薄片的刻紋或者裂紋。該PCD薄片的刻紋或裂紋可降低切割元件的機械特性或導致切割元件失效。另外，在高溫下，金剛石顆粒可能與溶劑/催化劑發生化學分解或反向轉化。在極端高溫下，部分金剛石顆粒可能轉換成一氧化碳、二氧化碳、石墨或其組合物，由此降低了PCD材料的機械特性。

對于這些問題的潛在解決方案是從PCD材料中移除催化劑/溶劑或粘合劑相。

化學浸出(leach)經常被用于從PCD材料的主體的間隙區域中，比如從靠近該PCD的工作表面的區域中，移除金屬溶劑催化劑，比如鈷。傳統的化學浸出技術經常包含高濃度、毒性和/或腐蝕性溶液的使用，比如王水和包括氫氟酸(HF)的混合物，以便從多晶金剛石材料中溶解和移除金屬溶劑/催化劑。由于這類混合物是高度毒性的，這些物質的使用會帶來嚴重的健康和安全風險，因此使用這類混合物來處理PCD的工藝必須由專業人員在很好的控制和監控條件下執行，以便最小化這類工藝對操作人員傷害的風險。

另外，一般地，從PCD薄片中，特別是從目前應用所需的較厚PCD薄片中，有效地移除金屬催化劑/溶劑的塊是極其困難和耗費時間的。一般來說，當前技術集中在取得高金剛石密度的PCD和相應地取得具有極其精細分布的金屬催化劑/溶劑池的PCD。該精細網絡抵抗浸出劑的滲透，使得殘余的催化劑/溶劑經常留在已浸出過的燒結坯塊之后。另外，獲得可預估的浸出深度可能耗費很長時間從而使得在商業上難以實施，或者要求比如極端的酸處理或者物理鉆孔該PCD薄片的不希望的干預。

因此存在通過使用用于處理或加工PCD材料的主體的技術以克服或基本上改進上述問題的需要。

發明內容

根據第一個方案，本發明提供了處理具有包括金剛石催化劑/溶劑材料的非金剛石相的多晶金剛石(PCD)材料的方法，所述方法包括通過將至少部分的PCD材料暴露于浸出混合物而從該PCD材料中浸出一定量的金剛石催化劑/溶劑，所述浸出混合物包括鹽酸和一種或多種另外的無機酸，在該浸出混合物中鹽酸的摩爾濃度大于一種或多種另外的無機酸的摩爾濃度。